des billes pour comprendre la supraconduction

[canardos]

dans le journal de juin du CNRS:

[center]La supraconduction billes en tête[/center]


À quoi certains physiciens du laboratoire « Matière et systèmes complexes » (MSC)1, à Paris, occupent-ils leurs journées ? Ils jouent aux billes… en fait, avec de petites sphères de métal d'un millimètre de diamètre, dont ils se servent pour simuler le comportement des électrons et autres particules dans les solides. Récemment, Gwennou Coupier, Michel Saint-Jean et Claudine Guthmann ont ainsi fait une observation inattendue2 qui pourrait avoir des applications pour la physique des supraconducteurs, ces matériaux présentant une résistance nulle lors du passage d'un courant électrique.

Le principe de l'expérience est simple : une vingtaine de billes sont confinées dans un cadre circulaire. Celui-ci est lui-même inséré dans un condensateur, où les billes acquièrent une charge électrique. Ce faisant, elles se repoussent et s'organisent en deux couronnes concentriques. Par ailleurs, pour simuler l'effet de l'agitation thermique (ou température) qui s'exerce sur des particules dans un solide, le dispositif est placé sur un haut-parleur créant un bruit aléatoire. Dans chaque couronne, les billes se mettent alors en mouvement.

Ce qui intéresse ici les physiciens ? Étudier la manière dont les billes « diffusent », c'est-à-dire se déplacent au gré de l'agitation thermique, à l'instar des particules dans un solide. Et plus précisément, comment cela se passe sur un support présentant des creux et des bosses qui fluctueraient dans le temps. Creux ? Bosses ? Ne les cherchez pas ici : ils sont remplacés par les actions « électriques » des billes sur une de leurs congénères. Ces actions vont la repousser (comme au sommet d'une bosse) ou au contraire l'immobiliser (comme au fond d'un creux).

Des calculs avaient montré que des billes diffusant sur un réseau fixe de creux et de bosses étaient ralenties par rapport à une diffusion sans obstacle. Or cette expérience a révélé qu'il n'en est rien dans le cas d'un réseau fluctuant. « Au contraire, les billes accélèrent ! », s'enthousiasme Michel Saint-Jean.

Mais quel rapport entre ce résultat contre-intuitif et un supraconducteur ? Eh bien, les physiciens ont montré que le potentiel électrique répulsif entre leurs billes était analogue à celui existant entre les tourbillons de champ magnétique microscopiques (vortex) que l'on trouve dans un tel matériau. Ainsi, d'après le physicien, « à l'avenir, notre résultat pourrait aider à mieux comprendre la dynamique des vortex, un point essentiel pour la fabrication de matériaux supraconducteurs pouvant supporter des courants électriques intenses ». La clé des matériaux de demain se trouve peut-être au fond d'un sac de billes…



Mathieu Grousson



1. Laboratoire CNRS / Université Paris-VII.
2. Europhysics Letters, vol. 77, n° 6, art. 60001, mars 2007.